Содержание
Полные денег и с трудом завоеванной респектабельности, охотники за инопланетянами внедряют новые телескопы и тактику.
В 2015 году София Шейх была на свободе. Ее консультант в Калифорнийском университете (UC) в Беркли, с которым она изучала горячие гигантские экзопланеты, ушел на новую работу. Просматривая reddit, она увидела сообщение о щедро финансируемом новом поиске внеземного разума (SETI) и заметила, что его лидер также был в Калифорнийском университете в Беркли: астрофизик Эндрю Саймон. Она попросила своего бывшего советника представить ее и встретилась с Семеном, когда он все еще распаковывал коробки в новом офисе. «С этого момента все становится своего рода историей», — говорит Шейх, который стал первым студентом-старшекурсником команды.
Шейх в настоящее время является аспирантом Университета штата Пенсильвания (штат Пенсильвания), Университетский парк, где она провела радиообследование 20 близлежащих звездных систем, выровненных с орбитальной плоскостью Земли. Если бы разумная цивилизация населила одну из этих систем и направила в нашу сторону мощный телескоп, они увидели бы, как Земля проходит перед Солнцем, и могли бы обнаружить признаки жизни в нашей атмосфере. Они могут даже решить отправить нам сообщение. Результаты, опубликованные в феврале в «Астрофизическом журнале», были неудивительными. «Предупреждение о спойлере: никаких инопланетян», — шутит Шейх.
Исследователи SETI привыкли к отрицательным результатам, но они как никогда стараются изменить эту запись. Прорыв Слушайте, 10-летняя программа SETI стоимостью 100 миллионов долларов, финансируемая из частных источников, которую возглавляет Симен, поднимает область, которая десятилетиями полагалась на спорадические благотворительные пожертвования. До Breakthrough Listen SETI «ползла вперед» с несколькими десятками часов телескопического времени в год, говорит Семен; теперь он получает тысячи. Это как «сидеть в гоночном автомобиле Формулы-1», — говорит он. Новые фонды также стали «огромным катализатором» для подготовки ученых в SETI, говорит Джейсон Райт, директор Центра внеземного разума штата Пенсильвания, который открылся в этом году. «Они действительно воспитывают сообщество».
Breakthrough Listen поддерживает радиопросмотры, которые являются основой SETI. Но деньги также стимулируют другие поиски, на случай, если инопланетяне выберут другие виды сообщений — лазерные вспышки, например, — или вообще никаких, раскрывая себя только через пассивные «техносигналы». И поскольку данные, собранные Breakthrough Listen, размещены в общедоступном архиве, астрономы прочесывают его в поисках неживых явлений: таинственных импульсов в глубоком космосе, называемых быстрыми радиовсплесками, и предполагаемых частиц темной материи, называемых аксионами. «Здесь есть неиспользованные возможности», — говорит исследователь axion Мэтью Лоусон из Стокгольмского университета.
Возможно, самым важным следствием Breakthrough Listen является то, что он подтолкнул SETI, когда-то считавшуюся второстепенной наукой, к мейнстриму. «Журналы расслабляются и позволяют публиковать хорошие статьи о техносигналах», — говорит астробиолог Джейкоб Хакк-Мисра из Космического института Голубого мрамора. «Фактор хихиканья уменьшается». После почти 3 десятилетий отказа от SETI НАСА организовало семинар по техносигналам в 2018 году. В июне он выделил грант на моделирование обнаруживаемости возможных техносигналов в атмосферах экзопланет, свой первый в истории грант, связанный с SETI, не связанный с радиопоисками.
Но некоторые астрономы беспокоятся, что финансовое благо искажает науку. Фернандо Камило, главный научный сотрудник Южноафриканской радиоастрономической обсерватории, говорит, что ненасытный аппетит Breakthrough Listen к времени на больших телескопах вызывает у него дискомфорт. «Это оставляет меньше времени для занятий астрономией». Другие говорят, что рискованный подход SETI, основанный на стремлении получить приз, может отвлечь спонсоров от более рационального, поэтапного поиска внеземной жизни. «У нас действительно продуманный процесс определения того, что финансируется, а что нет», — говорит астроном Гарвардского университета Дэвид Шарбонно. «Этого не происходит с богатыми людьми».
Большие стога сена
Но сторонники SETI не считают себя сепаратистами. Они все чаще работают рука об руку с теми, кто ищет экзопланеты и изучает астробиологию. «Поиск разума — логическое завершение этого поиска жизни», — говорит астроном Дэвид Киппинг из Колумбийского университета.
SETI начал с малого. В 1960 году астроном Фрэнк Дрейк направил 26-метровый радиотелескоп в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния, на две близлежащие звезды, похожие на Солнце. Он сканировал частоты около 1,42 гигагерца, которые соответствуют длинам волн около 21 сантиметра — той части спектра, где облака межзвездного водорода испускают фотоны. Это 21-сантиметровое свечение вездесуще, и Дрейк предположил, что это может быть универсальный канал на космической приборной панели, естественное место для громкого «Мы здесь!» Но его цели, Тау Кита и Эпсилон Эридана, были бесстрастны. Исследование, названное Проектом Озма, не выявило никаких признаков искусственности, таких как интенсивный всплеск, втиснутый в узкую полосу частот.
Однако при финансировании НАСА и Национального научного фонда (NSF) поиски продолжились, с помощью более крупных телескопов для прослушивания более слабых сигналов и аппаратных средств, которые могли бы сканировать тысячи и, в конечном счете, миллионы узкочастотных каналов одновременно. Дрейк разработал свое ныне знаменитое одноименное уравнение, которое оценивает, сколько коммуникативных внеземных цивилизаций может существовать в Млечном Пути. Это зависит от семи переменных, от скорости звездообразования до средней продолжительности жизни цивилизации. Несмотря на то, что только один из семи факторов — скорость звездообразования — был известен с какой—либо определенностью, охотники за инопланетянами были на охоте.
В 1992 году НАСА решило присмотреться повнимательнее, только чтобы быстро изменить курс. Он приступил к проекту микроволновых наблюдений, 10-летнему поиску SETI стоимостью 100 миллионов долларов с использованием нескольких больших телескопов. Но в следующем году проект был высмеян и сокращен законодателями, направленными на сокращение дефицита федерального бюджета. С тех пор НАСА в основном избегает SETI.
Даже когда федеральное финансирование сократилось, 1990-е годы преподнесли SETI неожиданный подарок. До тех пор никто не обнаружил экзопланету, тем более потенциально гостеприимную, но это десятилетие принесло множество открытий. С тех пор такие миссии, как телескоп НАСА «Кеплер», показали, что звезды без планет встречаются редко, и что примерно каждая пятая звезда, подобная Солнцу, имеет потенциально обитаемые планеты размером с Землю — еще два фактора в уравнении Дрейка, которые питают оптимизм среди сторонников SETI. Технологический бум на рубеже веков дал еще один толчок: новоиспеченные миллиардеры со вкусом к космосу. Кульминационный момент наступил в 2007 году с открытием массива телескопов Аллена, обсерватории SETI в Калифорнии, начатой с 11,5 миллионов долларов от соучредителя Microsoft Пола Аллена.
Затем поле сделало еще один рывок. Разразился финансовый кризис 2008 года, и в течение нескольких лет из-за нехватки федерального и государственного финансирования Калифорнийский университет в Беркли вышел из проекта. Массив был переведен в спящий режим на 8 месяцев. Запланированное расширение с 42 до 350 блюд так и не осуществилось. «SETI был полностью уничтожен», — говорит Семен. «Я был одним из, может быть, двух или трех во всем мире, работающих над SETI».
Именно тогда позвонил Юрий Мильнер.
Родившийся и получивший образование в Москве, Милнер работал физиком элементарных частиц в Физическом институте имени Лебедева. В 1990 году, когда распался Советский Союз, он уехал изучать бизнес в Пенсильванский университет, а в 1999 году основал инвестиционный фонд интернета. Фонд был одним из первых спонсоров Facebook и Twitter, а позже Spotify и Airbnb. Журнал Forbes оценивает состояние Милнера в 3,8 миллиарда долларов. «Я сделал несколько удачных инвестиций», — рассказывает он науке.
Милнер говорит, что он всегда чувствовал связь с космосом и SETI. Он родился в 1961 году, через несколько дней после того, как Дрейк созвал первую конференцию SETI. Он назван в честь Юрия Гагарина, первого космонавта. Как только он сколотил состояние, «я обнаружил, что теперь могу вернуть науку», — говорит он. Он знал о тяжелом финансовом положении SETI и полагал, что его деньги и знания в области технологий могут помочь ускорить поиск. Бенефициаром стал центр Симена в Калифорнийском университете в Беркли, расположенный через залив Сан-Франциско от дома Милнера в Силиконовой долине.
Компания Breakthrough Listen поставила перед собой амбициозные цели. Он будет исследовать 1 миллион ближайших к Земле звезд и 100 близлежащих галактик с помощью двух самых чувствительных управляемых телескопов в мире: 100-метрового телескопа Грин-Бэнк в Западной Вирджинии и 64-метрового радиотелескопа Паркса в Австралии. Покупая примерно 20% и 25% времени на этих телескопах, Breakthrough Listen обещал охватить в 10 раз больше неба, чем предыдущие исследования, и в пять раз больше радиочастотного спектра, а также собирать данные в 100 раз быстрее.
Четыре основных телескопа, используемых компанией Breakthrough Listen, сканируют близлежащие звезды и галактики на предмет любых радио- или лазерных сообщений, передаваемых на Землю. Слева направо: Автоматический поиск планет, Калифорния; Радиотелескоп Паркса, Австралия; Массив Сурикатов, Южная Африка; Телескоп Грин-Бэнк, Западная Вирджиния.
СЛЕВА НАПРАВО: © ЛОРИ ХЭТЧ; AUSCAPE /UNIVERSAL IMAGES GROUP ЧЕРЕЗ GETTY IMAGES; ЮЖНОАФРИКАНСКАЯ РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ; МАЙКЛ С. УИЛЬЯМСОН / THE WASHINGTON POST ЧЕРЕЗ GETTY IMAGES
Для достижения этих целей требовалось новое оборудование. Ключевым электронным компонентом является цифровой сервер, который разбивает данные телескопа на ультратонкие частотные срезы и записывает их. Симен говорит, что бэкенды Breakthrough Listen «на порядок мощнее, чем что-либо еще на сайте». Приборы доступны в течение 100 часов каждый год другим астрономам, заинтересованным в таком тонком частотном разрешении. По словам Симена, это распределение часто превышает предложение в Green Bank, с тех пор как серверная часть помогла охарактеризовать первый повторяющийся быстрый радиоперехват.
Проект добавляет новый крупный телескоп к своим совместным проектам: MeerKAT, южноафриканский массив из 64 тарелок, каждая диаметром 13,5 метра. Вместо того, чтобы тратить время на массив, Breakthrough Listen подключается к потоку данных, в то время как телескоп наблюдает за своими обычными целями — процедура, известная как комменсальное наблюдение. «Ты берешь то, что можешь получить», — говорит Камило. «Когда это работает, это фантастика». Комменсальные наблюдения также будут добавлены к Очень большому массиву Карла Г. Янского в Нью-Мексико, рабочей лошадке радиоастрономии США, в рамках проекта, возглавляемого частным институтом SETI.
Собирать наборы данных — это одно, а рыскать в их кучах в поисках инопланетных сообщений — совсем другое. Исследователи SETI уже давно ищут энергию, упакованную в узкочастотные сигналы — то, что природе трудно воспроизвести, хотя астрономам необходимо исключить сигналы, созданные человеком. Один из тестов состоит в том, чтобы увидеть, меняется ли частота сигнала с течением времени: инопланетный передатчик будет находиться на движущейся планете, вызывая доплеровский сдвиг. Если частота устойчива, то, скорее всего, это земные помехи. Аналогично, если сигнал сохраняется, когда телескоп удаляется от своей цели, это шум с Земли.
Но инопланетяне могут послать что-то более сложное, чем одна громкая нота. Как вы сканируете данные SETI на предмет чего-то, что просто кажется аномальным или странным? Исследователи пытались привлечь искусственный интеллект (ИИ), но это было нелегко. Один из видов искусственного интеллекта, алгоритмы естественного языка, может распознавать ключевые слова в потоке человеческой речи — вспомните Alexa от Amazon или подслушивающих устройств в Агентстве национальной безопасности — после обучения на обширных наборах речевых данных. Но огромное количество узкочастотных каналов в данных SETI перегружает эти алгоритмы.
Преобразование потока данных в 2D-диаграммы, похожие на изображения, работает лучше, по крайней мере, в тестах, в которых алгоритмы машинного зрения выделяли странные картинки из потока похожих. «Мы должны угадать, как может выглядеть аномалия, и обучить алгоритм ее поиску или поиску похожих вещей», — говорит Стив Крофт из Исследовательского центра SETI Калифорнийского университета в Беркли.
Фокус поисков SETI, как правило, отражает технологии того времени. Радио было в самом расцвете, когда Дрейк начинал. Но по мере того, как лазеры становятся все мощнее и совершеннее, предпринимаются усилия по обнаружению инопланетных лазерных сигналов с помощью так называемого оптического SETI.
Астрономы проводили оптические поиски с помощью скромных телескопов с 1990-х годов. Breakthrough Listen работает самостоятельно, со временем на 2,4-метровом телескопе автоматического поиска планет (APF) в обсерватории Лик в Калифорнии. APF сканировал выборку звезд на расстояния до 160 световых лет, но теперь будет работать с новым списком: звезды с потенциально обитаемыми планетами, идентифицированными транзитным спутником НАСА для исследования экзопланет.
Обсерватория Лика в Калифорнии тестирует пару линз Френеля, которые могут собирать свет — и, возможно, вспышки инопланетных лазеров — на широком участке неба.
Другие разрабатывают телескопы, которым не нужно было бы нацеливаться на отдельные звезды. Проект LaserSETI, финансируемый Институтом SETI, представляет собой коллекцию мини-обсерваторий стоимостью 30 000 долларов, состоящую из готового объектива «рыбий глаз», двух камер и электроники, которые будут собирать свет со всего неба. Первый был установлен в прошлом году на крыше обсерватории к северу от Сан-Франциско. В конечном итоге институт хочет установить 60 приборов по всему миру для круглосуточного покрытия.
Маленькие телескопы LaserSETI могли бы уловить только особенно яркую вспышку от близлежащего источника. Шелли Райт из Калифорнийского университета в Сан-Диего надеется увидеть гораздо дальше с помощью импульсного оптического SETI в ближнем инфракрасном диапазоне (PANOSETI), телескопа всего неба, способного обнаруживать ультракороткие лазерные импульсы на всех оптических длинах волн.
Конструкция PANOSETI включает в себя молниеносные счетчики фотонов, чувствительные к импульсам длиной менее одной миллиардной доли 1 секунды. «Природе трудно это сделать», — говорит Шелли Райт. Он основан на линзе Френеля, которая используется в маяках для фокусировки света в узкий луч. Перевернутый Френель может собирать свет с участка неба шириной 10 ° на счетчики фотонов. Команда строит две обсерватории, каждая из которых состоит из 80 телескопов с линзами диаметром 50 сантиметров, собранных вместе в виде глаза мухи. План состоит в том, чтобы расположить пару на расстоянии 1 километра друг от друга — чтобы помочь искоренить ложные срабатывания — в Паломарской обсерватории в Калифорнии. Финансируемый соучредителем Qualcomm Франклином Антонио, проект построил пять телескопов, но был остановлен пандемией COVID-19.
С другой стороны, даже разумные инопланетяне могут быть слишком заняты или слишком застенчивы, чтобы посылать сообщения к звездам. Таким образом, исследователи SETI также надеются обнаружить пассивные признаки технологии. Представления людей о том, что искать, часто отражают их время: рассмотрим «открытие» каналов на Марсе в 19 веке, когда каналы все еще были обычным видом транспорта на Земле. В 1960 году, в условиях быстрого экономического роста и опасений по поводу нехватки энергии, физик Фримен Дайсон предположил, что развитое общество может построить мегаструктуру вокруг звезды, чтобы улавливать ее энергию. Такие «сферы Дайсона» продолжают очаровывать и были предложены в качестве объяснения странного затемнения звезды KIC 8462852, известной как Звезда Табби. В 2015 году Джейсон Райт возглавил поиск свечения сфер Дайсона в 100 000 близлежащих галактиках, используя данные спутника NASA Wide-field Infrared Survey Explorer.
Техносигналы могли бы быть более тонкими. В недалеком будущем сверхчувствительные радиотелескопы, возможно, смогут улавливать лучи радара, подобного тем, которые используются для управления воздушным движением, с далекой экзопланеты. Будущие оптические телескопы могут показать свечение городских огней или его инфракрасное тепло. Тяжелая промышленность или геоинженерия могут оставить отпечатки пальцев в атмосфере планеты.
Просто знать, что мы не одиноки… это то, что может объединить нас здесь, на Земле.
Эти усилия перекликаются с поисками биосигналов, обнаруживаемых следов, которые органическая жизнь могла бы оставить на экзопланете. «Грань между техносигналами и биосигналами размывается», — говорит Шейх. «Имеет смысл наблюдать и то, и другое». Решив финансировать семинар 2018 года по техносигналам, НАСА посчитало, что их можно обсудить «на более прочной научной основе, чем раньше», — говорит Майкл Нью, заместитель помощника администратора агентства по исследованиям. После семинара формулировки в призывах НАСА о финансировании, которые в течение нескольких лет исключали предложения, связанные с SETI, тихо исчезли.
В июне Джейсон Райт и его коллеги воспользовались новой открытостью, когда они получили грант на моделирование атмосферы экзопланет и собрали «библиотеку» потенциальных техносигналов, на которые астрономы могут ссылаться при наблюдении за экзопланетами. Команда сначала смоделирует хлорфторуглероды — загрязнитель, который не образуется естественным путем, — и огромные солнечные батареи, потому что они оставят очевидное ограничение в ультрафиолетовой части спектра. «То, что мы должны искать, — это то, чего нельзя избежать, проявления цивилизации в биосфере», — говорит Адам Франк, ведущий исследователь по гранту в Университете Рочестера.
Но даже после фанфар Breakthrough Listen SETI остается далеко не главной заботой для большинства астрономов. В 2018 году группы исследователей, созванные Национальными академиями наук, инженерии и медицины (NASEM), разработали стратегии НАСА в области астробиологии и экзопланет. Они почти не упоминали о техносигналах и не советовали НАСА тратить деньги на эту тему или, в более общем плане, SETI.
Энтузиасты SETI говорят, что они пытаются избежать отстранения от еще более масштабных усилий NASEM: его десятилетнего обзора астрофизики, проводимого раз в десятилетие для определения приоритетов, которое оказывает влияние на финансирующие агентства и законодателей. Результаты опроса должны быть представлены в начале следующего года. «Мы приложили большие усилия, чтобы провести десятилетнее исследование… чтобы прямо заявить, что НАСА и NSF должны развивать эту область», — говорит Джейсон Райт. Он и его коллеги представили девять материалов, известных как официальные документы, для опроса, по сравнению с одним официальным документом в предыдущем опросе. Шейх говорит: «Есть признаки того, что ветер начинает меняться».
Но многие астрономы считают, что более важной охотой является поиск инопланетной жизни более простого вида, а не поиск более рискованных технологических обществ. «Мы должны инвестировать в общие вопросы», — говорит Шарбонно, который был сопредседателем группы NASEM, разработавшей стратегию охоты на экзопланеты НАСА. «Если мы просто пойдем за призом и ничего не найдем, чему мы научимся из этого?»
Основные астробиологи надеются, что десятилетний обзор даст большие результаты Большому ультрафиолетовому / оптическому / инфракрасному геодезисту, или LUVOIR, предлагаемому космическому телескопу НАСА, в шесть раз более широкому, чем космический телескоп Хаббла. Он тщательно изучил бы пригодные для жизни планеты на предмет биосигналов и оценил бы их долю, которая поддерживает жизнь — еще один член в уравнении Дрейка. «Прогресс, которого мы достигли как ученые, соответствует условиям уравнения Дрейка по порядку», — говорит астробиолог Шон Домагал-Голдман из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. «Этот прогресс может привести к поиску техносигналов. Я видел, что для этого использовался ЛЮВУАР, хотя он и не был предназначен для такого поиска».
Джейсон Райт, однако, считает, что потенциальная выгода SETI слишком заманчива, чтобы откладывать поиски. В июле он и его коллеги сообщили о «пространстве открытий» — всех возможных местоположениях, частотах, чувствительности, ширине полосы пропускания, времени, поляризации и модуляциях, — которые до сих пор исследовали радиосъемки SETI. Результат: Если все пространство discovery представлено мировыми океанами, SETI до сих пор исследовал объем гидромассажной ванны.
Милнер, похоже, готов поддержать по крайней мере еще несколько горячих ванн SETI. Он говорит, что хочет, чтобы Breakthrough Listen продолжался и после 2025 года, когда закончится его первоначальное финансирование. «Это один из самых экзистенциальных вопросов в нашей вселенной», — говорит он. «Просто знать, что мы не одиноки… это то, что может объединить нас здесь, на Земле».
https://www.science.org/news/2020/09/how-big-money-powering-massive-hunt-alien-intelligence
Загрузка...
